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模塊電源技術的發展與應用
來源:
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作者:pmoaf1d4f
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發布時間: 2017-04-27
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引言：模塊電源廣泛用于交換設備、移動通訊、微波通訊、接入設備、以及光傳輸、路由器等通信領域和汽車電子、航空航天等。由于采用模塊組建電源系統具有設計周期短、可靠性高、系統升級容易等特點，模塊電源的應用越來越廣泛。尤其近幾年由于數據業務的飛速發展和分布式供電系統的不斷推廣，模塊電源的增幅已經超出了一次電源。隨著半導體工藝、封裝技術和高頻軟開關的大量使用，模塊電源功率密度越來越大，轉換效率越來越高，應用也越來越簡單。
模塊電源發展趨勢：
1999到2004年塊電源全球市場預測為由30億美元增加到50億美元，主要的市場增長點為數據通訊，其中5V輸出所占的比例從30%(1999)下降到11%(2004年)。模塊電源的發展以下幾個動向值得注意：
1)高功率密度、低壓輸出(低于3.3V)、快速動態響應的需求推動模塊電源的發展。
2)非隔離式DC-DC變換器(包括VRM)比隔離式增長速度更快。
3)標準設計的DC-DC變換器所占的比重將增大。
4)分布式電源比集中式電源發展快，但集中式供電系統仍將存在。
5)模塊電源的設計日趨標準化，控制電路傾向于采用數字控制方式。
模塊電源關鍵技術
目前國內市場使用模塊電源的主要供應商為COSEL、VICOR、ARCH、P-DUKE、LAMBDA、ERICCSON以及POWER-ONE，國內最大的通信設備供應商-華為也擁有自己的模塊電源，以往華為的模塊電源基本都使用在自己的產品上，從不對外銷售，隨著華為電源模塊產品的逐漸成熟，華為模塊電源也即將對外銷售，鉅微電源技術（深圳）有限公司將成為華為模塊電源的首家代理商，協助華為迅速推廣及占領國內通信電源模塊市場。為實現高功率密度，在電路上，早期采用準諧振和多諧振技術，但這一技術器件應力高，且為調頻控制，不利于磁性器件的優化。后來這一技術發展為高頻軟開關和同步整流。由于采用零電壓和零電流開關，大大降低了器件的開關損耗，同時由于器件的發展，使模塊的開關頻率大為提高，一般PWM可達500kHz以上。大大降低了磁性器件的體積，提高了功率密度。
模塊電源工藝發展方向
降低熱阻，改善散熱——為改善散熱和提高功率密度，中大功率模塊電源大都采用多塊印制板疊合封裝技術，控制電路采用普通印制板置于頂層，而功率電路采用導熱性能優良的板材置于底層。早期的中大功率模塊電源采用陶瓷基板改善散熱，這種技術為適應大功率的需要，發展成為直接鍵合銅技術(Direct Copper Bond，DCB)，但因為陶瓷基板易碎，在基板上安裝散熱器困難，功率等級不能做得很大。后來這一技術發展為用絕緣金屬基板(Insutalted Mental Substrate，IMS)直接蝕刻線路。最為常見的基板為鋁基板，它在鋁散熱板上直接敷絕緣聚合物，再在聚合物上敷銅，經蝕刻后，功率器件直接焊接在銅上。為了避免直接在IMS上貼片造成熱失配，還可以直接采用鋁板作為襯底，控制電路和功率器件分別焊于多層(大于四層，做變壓器繞阻)FR-4印制板上，然后把焊有功率器件的一面通過導熱膠粘接在已成型的鋁板上固定封裝。不少模塊電源為了更利于導熱、防潮、抗震，進行了壓縮密封。最常用的密封材料是硅樹脂，但也有采用聚氨酯橡膠或環氧樹脂材料。后兩種方式絕緣性能好，機械強度高，導熱性能好，成為近年來模塊電源的發展趨勢之一，是提高模塊功率密度的關鍵技術。
模塊電源發展趨勢：
1999到2004年塊電源全球市場預測為由30億美元增加到50億美元，主要的市場增長點為數據通訊，其中5V輸出所占的比例從30%(1999)下降到11%(2004年)。模塊電源的發展以下幾個動向值得注意：
1)高功率密度、低壓輸出(低于3.3V)、快速動態響應的需求推動模塊電源的發展。
2)非隔離式DC-DC變換器(包括VRM)比隔離式增長速度更快。
3)標準設計的DC-DC變換器所占的比重將增大。
4)分布式電源比集中式電源發展快，但集中式供電系統仍將存在。
5)模塊電源的設計日趨標準化，控制電路傾向于采用數字控制方式。
模塊電源關鍵技術
目前國內市場使用模塊電源的主要供應商為COSEL、VICOR、ARCH、P-DUKE、LAMBDA、ERICCSON以及POWER-ONE，國內最大的通信設備供應商-華為也擁有自己的模塊電源，以往華為的模塊電源基本都使用在自己的產品上，從不對外銷售，隨著華為電源模塊產品的逐漸成熟，華為模塊電源也即將對外銷售，鉅微電源技術（深圳）有限公司將成為華為模塊電源的首家代理商，協助華為迅速推廣及占領國內通信電源模塊市場。為實現高功率密度，在電路上，早期采用準諧振和多諧振技術，但這一技術器件應力高，且為調頻控制，不利于磁性器件的優化。后來這一技術發展為高頻軟開關和同步整流。由于采用零電壓和零電流開關，大大降低了器件的開關損耗，同時由于器件的發展，使模塊的開關頻率大為提高，一般PWM可達500kHz以上。大大降低了磁性器件的體積，提高了功率密度。
模塊電源工藝發展方向
降低熱阻，改善散熱——為改善散熱和提高功率密度，中大功率模塊電源大都采用多塊印制板疊合封裝技術，控制電路采用普通印制板置于頂層，而功率電路采用導熱性能優良的板材置于底層。早期的中大功率模塊電源采用陶瓷基板改善散熱，這種技術為適應大功率的需要，發展成為直接鍵合銅技術(Direct Copper Bond，DCB)，但因為陶瓷基板易碎，在基板上安裝散熱器困難，功率等級不能做得很大。后來這一技術發展為用絕緣金屬基板(Insutalted Mental Substrate，IMS)直接蝕刻線路。最為常見的基板為鋁基板，它在鋁散熱板上直接敷絕緣聚合物，再在聚合物上敷銅，經蝕刻后，功率器件直接焊接在銅上。為了避免直接在IMS上貼片造成熱失配，還可以直接采用鋁板作為襯底，控制電路和功率器件分別焊于多層(大于四層，做變壓器繞阻)FR-4印制板上，然后把焊有功率器件的一面通過導熱膠粘接在已成型的鋁板上固定封裝。不少模塊電源為了更利于導熱、防潮、抗震，進行了壓縮密封。最常用的密封材料是硅樹脂，但也有采用聚氨酯橡膠或環氧樹脂材料。后兩種方式絕緣性能好，機械強度高，導熱性能好，成為近年來模塊電源的發展趨勢之一，是提高模塊功率密度的關鍵技術。
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